RTD-elementkonstruktioner

Innehåll

1. Laboratoriekonstruktioner för RTD
2. Industriella RTD-konstruktioner
3. Filmtermometrar
4. Sammanfattning: välja rätt RTD-elementkonstruktion

RTD:er kan konstrueras på en mängd olika sätt beroende på mätmiljön. Från precisionsenheter för laboratorier till robusta industriella enheter påverkar konstruktionsval noggrannhet, hållbarhet, stabilitet och kostnad. Nedan finns en sammanfattning av de mest använda RTD-elementkonstruktionerna, med början i konstruktioner av laboratoriekvalitet.

Laboratoriekonstruktioner för RTD

Laboratorie-RTD:er prioriterar precision och stabilitet. Dessa element är noggrant konstruerade för att minimera belastning på mätelementet och bibehålla utmärkt kalibrering över tid.

Precisionskonstruktioner med spole-i-rör

I moderna standardlaboratorier konstrueras de mest noggranna RTD-elementen med:

• Fin platinatråd (vanligtvis 0.07 mm i diameter).
• Spirallindad och friktionsmonterad inuti rör av kiseldioxid, glas eller aluminiumoxid.
• Fyrtrådskonfigurationer för resistansmätning med hög noggrannhet (se Figur 6.1).
• Hermetiskt förseglade och återfyllda med argon eller luft/syre för att säkerställa en oxiderande miljö för platina.
• Ledningstrådar isoleras noggrant med glimmer, kiseldioxid eller safir för att bibehålla hög isolationsresistans och minimera läckage.

Dessa enheter gör att platina kan expandera och dra ihop sig fritt, vilket säkerställer långsiktig stabilitet över –189°C.

Kryogena kapslar

Vid mycket låga temperaturer föredras kapsel-RTD:er. Dessa kompakta konstruktioner:

• Använder tunnväggiga platinrör fyllda med heliumgas för utmärkt värmeledningsförmåga.
• Mäter vanligtvis omkring 50 mm i längd och 5 mm i diameter.
• Är förseglade och robusta, med mycket låg termisk massa (se Figur 6.2).

Sådana konstruktioner är idealiska för kryogen Kalibrering och mätmiljöer med ultralåg temperatur.

Referenselement för hög temperatur

För temperaturer över 660°C har platina-RTD:er problem med isolationsresistans och drift. För att övervinna detta:

• RTD:er med låg resistans konstrueras med flera platinatrådar parallellt.
• Element som NBS-konstruktionen ”bird cage” minskar effekter av ledningstrådsresistans (se Figur 6.3).
• Den lägre resistansen (t.ex. 0.2 Ω vid 0°C) gör dem mindre känsliga för shuntning genom läckströmmar, vilket förbättrar noggrannheten vid förhöjda temperaturer.

Industriella RTD-konstruktioner

Industriella RTD:er är byggda för att klara tuffare miljöer, där vibrationer, termisk chock och mekanisk påfrestning är vanliga. Dessa konstruktioner balanserar robusthet med mätstabilitet.

Trådlindade keramiska element

Traditionella industriella RTD:er använder keramiska eller glasbobiner runt vilka platinatråd lindas:

• Lindningen förseglas med keramiskt cement eller glas för att hålla den på plats (se Figur 6.4).
• Keramiska stavar med spiralspår är ett annat alternativ, där tråden skyddas mot vibrationer (se Figur 6.5).

Dessa konstruktioner är robusta men kan offra viss expansionsfrihet för platinaelementet, vilket kan påverka långsiktig stabilitet.

Delvis uppburna spolenheter

En mer avancerad konstruktion använder delvis uppburna platinspolar:

• Den spiralformade spolen förs in i ett flerhåls-aluminiumoxidrör.
• Endast vissa kontaktpunkter fixeras med glas, vilket gör att resten av tråden kan röra sig fritt (se Figur 6.6).
• Denna konstruktion förbättrar vibrationsbeständigheten kraftigt samtidigt som belastningen fortfarande minimeras.

Typiska enheter är 25 mm långa och omkring 3 mm i diameter. De trimmas noggrant för att matcha 100 Ω vid 0°C, vilket säkerställer överensstämmelse med IEC-standarder.

Dessa är bland de mest stabila industriella elementen som finns, med drift så låg som några hundradels grader över intervallet –200°C till +850°C.

Filmtermometrar

Film-RTD:er är en modern utveckling inom givarkonstruktion. I stället för att använda tråd bygger dessa element på tunna eller tjocka lager av platina som deponeras på ett substrat.

Tunnfilmskonstruktioner

• Ett mycket tunt platinaskikt vakuumdeponeras på ett keramiskt substrat.
• Idealiskt för mätningar av yt- eller lufttemperatur upp till omkring 500°C.
• Snabb svarstid tack vare låg termisk massa och utmärkt vibrationsbeständighet (se Figur 6.7).

Tjockfilmskonstruktioner

• Använder platina-glaspastor som screentrycks på en plan yta och därefter bränns vid höga temperaturer.
• Vanligare i miljöer med lägre kostnad eller serieproduktion.

Fördelar och begränsningar

Fördelar:

• Mycket repeterbar serieproduktion.
• Kostnadseffektivt med snabb termisk respons.
• God vibrationstålighet.

Begränsningar:

• Mindre långsiktig stabilitet jämfört med trådlindade typer.
• Platinaskiktet är litet och utsatt för kontaminering.
• Mekanisk belastning under termisk cykling kan påverka Kalibrering.
• Variation mellan batcher kan begränsa utbytbarheten.

Medan trådlindade RTD:er av högsta kvalitet kan uppnå ±0.005% stabilitet, erbjuder filmelement i allmänhet ±0.05% – fortfarande tillräckligt för många industriella tillämpningar.

Sammanfattning: välja rätt RTD-elementkonstruktion

Vidare läsning

RTD kontra Termoelement – välja rätt givare
Utforska egenskaper och kännetecken hos termoelement och RTD:er

RTD-utgångstabeller
Visa tabeller över resistans kontra temperatur för alla Pt100-givare.

Vilka är RTD-färgkoderna?
Utforska RTD-färgkoder och kopplingskonfigurationer.